(重慶交通大學(xué) 重慶 400074)

波浪正向入射對斜坡碼頭的打擊壓力試驗分析

任晶軒

(重慶交通大學(xué)重慶400074)

波浪正向入射對斜坡的作用是海岸工程面臨的一個基礎(chǔ)問題。本文通過在幾種工況下的一系列試驗，探究波浪在正向入射斜坡式碼頭時候，面板所承受的打擊壓力等因素的變化，并得出不同工況下波陡和最大波壓陡的關(guān)系，為今后更進一步深入研究提供一些參考。

正向入射；波陡；最大波壓陡

一、試驗方法

(一)試驗設(shè)備

規(guī)則造波機，30米水槽(重慶交通大學(xué)“重慶市水利水運工程重點實驗室”30m*1m*0.5m波浪水槽)，不同傾角的50cm寬有機玻璃板做成的光滑斜坡，壓力傳感器3只，計算機一臺，多功能信號記錄儀一臺，波高儀一套，鐵架，相機，米尺等。

(二)試驗內(nèi)容

分別對10°、20°、25°和30°斜坡做三組實驗。每組實驗中分別選擇水深為30cm和50cm，對每個水深分別用5個不同周期和波高的波浪進行實驗。

波高、周期(控制在1s-1.6s的范圍內(nèi))隨機調(diào)整，使最大波壓力作用點的位置對準傳感器。

利用計算機采集每次實驗獲得的最大打擊壓力值，處理數(shù)據(jù)，分析最大打擊壓力隨水深、波高、周期的變化規(guī)律。

(三)試驗方案

1.實驗步驟

(1)將斜坡設(shè)置到10°；水槽注水到水深為30cm;(2)啟動造波機，調(diào)整轉(zhuǎn)速和推程，觀察波形，略微調(diào)整水深(調(diào)整幅度≤3%時，可視為不變)，關(guān)閉造波機，待水靜止后測量水深，再次啟動造波機，目的是為了使卷破波的水舌對準壓力傳感器，記錄波高、周期。(3)待波浪打到斜坡上后，記錄下傳感器的值pmax；(4)在第二個波峰到達之前，坡面上的水完全回流或僅粘結(jié)少部分水時，再次記下傳感器的值pmin(pmax-pmin可以消除傳感器的零點偏移)；(5)關(guān)閉造波機,待水槽內(nèi)波浪消散后,改用不同波高和周期的波浪，重復(fù)步驟(2)—(5)；(6)變水深為50cm，重復(fù)步驟(2)—(6)。(7)一組實驗完成后，分別改變斜坡的傾角為20°、25°、30°，重復(fù)步驟(1)—(7)。

2.實驗過程當(dāng)中注意的問題：

(1) 兩次造波間隔時間不應(yīng)過小，待水面平穩(wěn)后再開造波機。(2)調(diào)整臂調(diào)整時應(yīng)停機進行。(3) 量測系統(tǒng)每天實時標定、校核，最大相對誤差≤1%。(4) 波長或水深的差別≤3%時，可視為不變。

3.實驗數(shù)據(jù)分析

對數(shù)據(jù)進行處理，這里以“水深50cm坡角10度”工況為例：

表1相應(yīng)工況的波要素及最大打擊壓力

表2相應(yīng)水深和坡角下的波陡和波壓陡

通過對各參數(shù)之間作用機理和試驗數(shù)據(jù)的分析研究，擬合出波浪正向入射對斜坡作用的一般關(guān)系式為Pkmax=c1ln(y+a)+c2(注：y——波陡H/L，c1、c2、a 為常數(shù))。如圖1～圖3所示。(Φ——斜坡傾角。)

圖1工況為水深50坡角10度時，波陡與最大波壓陡的關(guān)系

圖2 工況為水深30坡角25度時，波陡與最大波壓陡的關(guān)系

圖3 工況為水深50坡角25度時，波陡與最大波壓陡的關(guān)系

由圖1～圖3可以看出，大部分工況下對數(shù)規(guī)律滿足的較好，但是在有些工況下，如對工況為水深50坡角25和工況為水深30坡角25，使用對數(shù)擬合效果較差，其原因猜測可能由于本實驗受實驗設(shè)備的簡陋，僅設(shè)置了三個測點，測點較少，卷破波的水舌落在斜坡上時可能并沒有打到測點上，因此有些最大波壓力數(shù)值可能沒有測到。

二、結(jié)論

通過幾種組合工況下的試驗，我們計算出了不同水深不同坡角條件下對應(yīng)的波要素及波浪對斜坡的最大打擊壓力，并且更進一步得出了不同工況下波陡和最大波壓陡滿足對數(shù)規(guī)律，并給出了對應(yīng)工況下的計算公式，可用于今后工程實踐中參考。

[1]吳望一.流體力學(xué).北京：北京大學(xué)出版社，1981

[2]吳宋仁，嚴以新·海岸動力學(xué)·人民交通出版社·1995.5

[3]傅華，楊成渝，徐績青，許光祥.波浪正向入射散體斜坡內(nèi)最大波壓力衰減規(guī)律的試驗研究，水動力學(xué)研究與進展，2007.1

[4]徐績青，楊成渝，楊斌，許光祥.波浪斜向入射對斜坡作用的研究，水動力學(xué)研究與進展，2006.1

任晶軒(1991.03-)，男，漢族，河南人，研究生在讀，重慶交通大學(xué)，研究方向港口航道及近海工程。